TWI551900B - 導光板、面光源裝置及透射影像顯示裝置 - Google Patents

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Description

導光板、面光源裝置及透射影像顯示裝置
本發明係關於一種導光板、一種面光源裝置及一種透射影像顯示裝置。
諸如液晶顯示裝置之透射影像顯示裝置大體上具有用於使用導光板供應面光作為背光的面光源裝置。面光源裝置的類型包括光源位於導光板之背側上的直接背光型，及光源沿導光板之側面定位的邊緣光型。邊緣光系統在減小影像顯示裝置的厚度方面有利。
在邊緣光型的面光源裝置中，透過導光板之側面入射的光藉由設在導光板背側上的光分散圖案(例如，包含光散射點的光分散圖案)的作用而漫射，且角度不小於臨界角的光分量從導光板的出射表面射出，從而供應面光。為了使其發光表面的亮度均勻，下文專利文獻1及2中描述的導光板具備漸變以便使光分散圖案的密度隨距光源的距離而從疏向密變化。
專利文獻1亦揭示了藉由噴射小液滴(例如，藉由噴墨印刷)來形成點圖案的光分散圖案的技術。
專利文獻1：日本專利特許公開申請案第2004-240294號
專利文獻2：日本專利特許公開申請案第2008-27609號
然而，當藉由噴射小液滴形成點漸變光分散圖案時，存在如下問題：亮度不均勻性在光分散圖案的密度稀疏的區域中(如在靠近光源的入光側上)變得顯著。
因此，本發明的一目的係提供一種能夠降低入光側上的亮度不均勻性的導光板、面光源裝置及透射影像顯示裝置。
本發明者進行了精心研究，然後發現亮度不均勻性在光散射點的對比率(contrast ratio)不大於50%的區域(其為靠近光源的入光側上的區域)中出現，且進一步發現藉由在此區域中以不規則次序配置兩個或兩個以上大小的光散射點可減小亮度的不均勻性。
因此，根據本發明的導光板係其中在導光基板的至少一表面上形成光散射點的導光板；其中在將導光基板的至少一表面分成複數個區域所產生的每一個別區域中形成複數個光散射點，且其中在複數個光散射點的對比率不大於50%的每一個別區域中，複數個光散射點包含兩個或兩個以上大小的光散射點，且兩個或兩個以上大小的光散射點以不規則次序配置。
由於在此導光板中兩個或兩個以上大小的光散射點以不規則次序配置在光散射點的對比率不大於50%的每一個別區域中，所以在導光板的入光側上光散射點的梯度變化減小。結果，減小此導光板的入光側上的亮度不均勻性係可行的。
在該複數個區域中的前述對比率較佳隨距入光部分的距離而增加。此組態提供漸變，以使光散射點的光分散圖案的密度隨距光源的距離而從疏到密變化，以便使導光板的發光表面的亮度均勻。
前述個別區域較佳為1 mm至10 mm的矩形區域。此組態提供較平滑的漸變，以使光散射點的光分散圖案的密度隨距光源的距離從疏到密變化，以便使導光板的發光表面的亮度更均勻。
前述光散射點較佳藉由噴墨法印刷。此組態使得更容易將兩個或兩個以上大小的光散射點以不規則次序配置在光散射點的對比率不大於50%的區域中。
根據本發明的面光源裝置係邊緣光型面光源裝置，其包含前述導光板及用於向該導光板的側面供應光的光源。
由於此面光源裝置包含前述導光板，所以在該邊緣光型面光源裝置中亮度不均勻性減小。
根據本發明的透射影像顯示裝置包含前述面光源裝置，及配置為與該面光源裝置的出射表面相對的透射影像顯示部分。
由於此透射影像顯示裝置包含具有前述導光板的面光源裝置，所以在該透射影像顯示裝置中亮度不均勻性減小。
本發明實現了導光板的入光側上的亮度不均勻性的減小。此外，其亦減小了使用此導光板的邊緣光型面光源裝置中及使用該邊緣光型面光源裝置的透射影像顯示裝置中的亮度不均勻性。
以下將參考圖式詳細描述本發明的較佳實施例。在圖式中，相同或等效部分將用相同的參考符號表示。
圖1係展示根據本發明之一實施例的透射影像顯示裝置的示意性組態的示意圖。圖1展示透射影像顯示裝置10的分解視圖。此透射影像顯示裝置10具備透射影像顯示部分18及配置為與透射影像顯示部分18相對的面光源裝置22。
透射影像顯示部分18係使用從面光源裝置22發射的面光來照明以顯示影像的部件。透射影像顯示部分18的一實例係作為偏光器積層的液晶顯示面板，其中在液晶單元的兩側上均配置有線性偏光板。在此情況下，透射影像顯示裝置10係液晶顯示裝置。
面光源裝置22係邊緣光型之面光源裝置，且具備導光板11、配置在用於導光板11的導光基板12的側面(光入口)12a附近的光源部分14、配置在導光基板12的背表面12c側上的反射片16、以及配置在導光基板12的出射表面12b及透射影像顯示部分18之間的複數個光學膜20。光學膜20的實例包含漫射膜、稜鏡膜及增亮膜。
導光板11具有導光基板12及設在導光基板12的背表面12c上的複數個光散射點24。在平面圖中，導光基板12係幾乎為矩形形狀的板狀體。導光基板12的厚度t，亦即出射表面12b與背表面12c之間的距離的一實例為約3 mm，但是其可為約2 mm或約4 mm。導光基板12包含光學透明材料且該光學透明材料的折射率通常為1.46至1.62。光學透明材料的實例包括光學透明樹脂材料及光學透明玻璃材料，且光學透明樹脂材料的實例包括丙烯酸系樹脂、環烯烴樹脂、聚碳酸酯樹脂、MS樹脂(甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物樹脂)、聚苯乙烯樹脂、AS樹脂(丙烯腈-苯乙烯共聚物樹脂)等等。從成本、高透明性及低變色的角度而言，該等光學透明樹脂材料中的較佳者係丙烯酸系樹脂。在導光基板12的背表面12c上形成用於漫射光的複數個光散射點24。
在此導光板11中，從光源部分14發射以進入導光基板12的側面12a的光由於設在導光基板12的背表面12c上的光散射點24的作用而漫射，且角度不小於臨界角的光分量從導光基板12的出射表面12b射出，導致面光的發射。將在下文描述導光板11中的光散射點24的細節。
光源部分14具有沿導光基板12的側面12a安置的光源14A。光源14A可包含點光源，諸如發光二極體、鹵素燈及鎢燈，或可為線光源，諸如螢光燈(冷陰極燈)。合適地應用用以發射紅光、綠光及藍光的RGB型發光二極體。
光源14A與導光基板12的側面12a之間的距離通常為1 mm至15 mm，較佳不大於10 mm，且更佳不大於5 mm。當光源包含點光源時，該等點光源沿側面12a線性排列。從省電角度考慮，相鄰點光源之間的間隔通常為1 mm至25 mm且較佳不小於10 mm以便減少點光源的數目。
光源部分14具有設在導光板11之相對側上且用作反射光的反射部分的反射器14B。反射器14B由例如白色樹脂片或白色樹脂膜形成。
當將導光板11應用於本實施例的透射影像顯示裝置10時，導光板11經設定以使得導光基板12的背表面12c與反射片16相對且使得出射表面12b位於透射影像顯示部分18側上。在此組態中，從光源部分14發射的光行進穿過側面12a進入導光基板12。入射到導光基板12中的光傳播，同時在導光基板12中被全反射。在此情況下，以預定點圖案配置的光散射點24使光漫射以便自出射表面12b發射面光。若在導光基板12中傳播的光的一部分從背表面12c出射到外部，則其被反射片16反射而再次入射到導光基板12中。從出射表面12b發射的面光行進穿過光學膜20以照明透射影像顯示部分18，且透射影像顯示部分18藉由利用照明光來顯示影像。
下文將描述導光板11中的光散射點24。圖2係展示圖1中展示的導光板11中的導光基板12的背表面12c側、亦即光散射點24的配置的平面圖。
在本實施例中，導光基板12的背表面12c被分成複數個區域A1至A10。在區域A1至A10中的每一區域中形成複數個光散射點24。例如，藉由噴墨印刷使用白點來形成光散射點24。
在區域A1至A10中，光在較靠近光源部分14或導光基板12的側面(入光部分)12a的區域中較強，且光在較遠離側面12a的區域中變得較弱。由於此原因，區域A1至A10具備漸變以便根據距側面(入光部分)12a的距離增加光散射點24的對比率，使得從導光基板12的出射表面12b發射的光之照明變得大致均勻。
為了使這種漸變平滑，區域A1至A10中的每一者均為約1 mm至10 mm的矩形區域，較佳為約1 mm至5 mm的矩形區域，更佳為約1 mm至3 mm的矩形區域。
一類光散射點24經配置為在光散射點24的對比率超過50%的區域A6至A10中具有固定的中心-至-中心間距，該等區域A6至A10係在區域A1至A10中較遠離側面12a的區域。光散射點24的大小(面積)在距側面12a較遠的區域中變得較大，同時維持該固定的中心-至-中心間距。
另一方面，在光散射點24的對比率不大於50%(實質上為10%至50%)的區域A1至A5(其為靠近側面12a的區域)中，以該固定中心-至-中心間距及一不規則次序(或隨機次序)配置兩種大小(面積)的光散射點24a、24b。光散射點24a、24b的大小在距側面12a較遠的區域中變得較大，同時維持該固定的中心-至-中心間距。
在本實施例中，光散射點24a、24b的大小係(例如)由噴墨印刷中墨滴的數目來判定。另一方面，例如使用隨機數來判定光散射點24a、24b的不規則次序。以下將描述呈藉由此等判定方法判定的兩種大小的光散射點24a、24b的不規則次序之陣列的一些實例。
(第一實例)
在第一實例中，6×6個光散射點配置在約1平方毫米的區域中，使得此等光散射點的對比率變成10.8%。兩類光散射點24a、24b的大小分別為一滴墨直徑為52.5 μm及兩滴墨直徑為65.0 μm。圖3及圖4展示使用隨機數判定的此等光散射點24a、24b的不規則配置的結果。圖式中的數目指示墨滴的數目。
根據圖3，在滿足如下式中的10.8%的對比率的同時，以不規則次序配置一滴墨直徑為52.5 μm的10個點及兩滴墨直徑為65.0 μm的二十六個點。
((52.5/2)2π×10+(65.0/2)2π×26)/10002×100=10.8%
亦根據圖4，在滿足如下式中的10.8%的對比率的同時，以不規則次序配置一滴墨直徑為52.5 μm的10個點及兩滴墨直徑為65.0 μm的二十六個點。
((52.5/2)2π×10+(65.0/2)2π×26)/10002×100=10.8%
(第二實例)
在第二實例中，6×6個光散射點配置在約1平方毫米的區域中，使得此等光散射點的對比率變成46.3%。兩類光散射點24a、24b的大小分別為六滴墨的直徑為126.5 μm及七滴墨的直徑為133.2 μm。圖5及圖6展示使用隨機數判定的此等光散射點24a、24b的不規則配置的結果。
根據圖5，在滿足如下式中的46.3%的對比率的同時，以不規則次序配置六滴墨直徑為126.5 μm的二十八個點及七滴墨直徑為133.2 μm的八個點。
((126.5/2)2π×28+(133.2/2)2π×8)/10002×100=46.3%
亦根據圖6，在滿足如下式中的約46.3%的對比率的同時，以不規則次序配置六滴墨直徑為126.5 μm的二十九個點及七滴墨直徑為133.2 μm的七個點。
((126.5/2)2π×29+(133.2/2)2π×7)/10002×100=46.2%
(第三實例)
在第三實例中，18×18個光散射點配置在約3平方毫米的區域中，使得此等光散射點的對比率變成20.7%。兩類光散射點24a、24b的大小分別為三滴墨的直徑為84.0 μm及四滴墨的直徑為92.4 μm。圖7及圖8展示使用隨機數判定的此等光散射點24a、24b的不規則配置的結果。
根據圖7，在滿足如下式中的20.7%的對比率的同時，以不規則次序配置三滴墨直徑為84.0 μm的二百六十九個點及四滴墨直徑為92.4 μm的五十五個點。
((84.0/2)2π×269+(92.4/2)2π×55)/10002×100=20.7%
亦根據圖8，在滿足如下式中的20.7%的對比率的同時，以不規則次序配置三滴墨直徑為84.0 μm的二百六十七個點及四滴墨直徑為92.4 μm的五十七個點。
((84.0/2)2π×267+(92.4/2)2π×57)/10002×100=20.7%
(第四實例)
在第四實例中，18×18個光散射點配置在約3平方毫米的區域中，使得此等光散射點的對比率變成30.8%。兩類光散射點24a、24b的大小分別為兩滴墨直徑為98.8 μm及三滴墨直徑為114.0 μm。圖9及圖10展示使用隨機數判定的此等光散射點24a、24b的不規則配置的結果。
根據圖9，在滿足如下式中的30.8%的對比率的同時，以不規則次序配置兩滴墨直徑為98.8 μm的二百零九個點及三滴墨直徑為114.0 μm的一百一十五個點。
((98.8/2)2π×209+(114.0/2)2π×115)/10002×100=30.8%
亦根據圖10，在滿足如下式中的約30.8%的對比率的同時，以不規則次序配置兩滴墨直徑為98.8 μm的二百零八個點及三滴墨直徑為114.0 μm的一百一十六個點。
((98.8/2)2π×208+(114.0/2)2π×116)/10002×100=30.9%
墨在導光基板12上的散佈度在第四實例中比在第三實例中大。以此方式，較佳亦考慮墨在導光基板12上的散佈度來調整對比率。
由於在本實施例的導光板11中，如上文所述，具有兩個或兩個以上大小的光散射點24a、24b以不規則次序配置在光散射點24的對比率不大於50%的區域A1至A5中，所以減小歸因於導光板11的入光部分12a側上的光散射點24a、24b的梯度變化係可行的。結果，減小導光板11的入光部分12a上的亮度不均勻性係可行的。
由於本實施例的面光源裝置22具備前述導光板11，所以減小邊緣光型的面光源裝置22中的亮度不均勻性係可行的。
由於本實施例的透射影像顯示裝置10具備具有前述導光板11的面光源裝置22，所以減小透射影像顯示裝置10中的亮度不均勻性係可行的。
本發明可按許多方式修改，而不必限於上述本實施例。例如，本實施例展示在光散射點的對比率不大於50%的區域A1至A5(其為靠近導光板11的側面12a的區域)中以不規則次序配置兩種大小的光散射點24a、24b，但是亦可能採用以不規則次序配置三種或三種以上大小的光散射點的組態。
本實施例展示藉由將噴墨印刷中的墨滴數目設定為不小於1來固定光散射點的中心-至-中心間距的組態，但是亦可能不包括墨滴。在此情況下，光散射點的中心-至-中心間距不固定(相等)。
本實施例展示光源14A僅設在側面12a側(其為導光基板12的四個側面之一)上的組態，但是亦可能採用在導光基板12中沿彼此相對的一對各別側面設置光源的組態。在此情況下，在光散射點的對比率不大於50%的區域中以固定的中心-至-中心間距及不規則次序配置兩個或兩個以上大小的光散射點，該等區域係靠近該對側面(入光部分)的區域。
當然，可沿導光基板12的所有四個側面設置光源。在此情況下，在光散射點的對比率不大於50%的區域中以固定的中心-至-中心間距及不規則次序配置兩個或兩個以上大小的光散射點，該等區域係靠近四個側面(入光部分)的區域。
本實施例展示在光散射點的對比率不大於50%的區域A1至A5中，光散射點24a、24b的大小隨距側面(入光部分)12a的距離而增加，同時維持固定的中心-至-中心間距，以便使從導光基板12的出射表面12b發射的光的照明大致均勻的組態，但是如何實施此類漸變不限於本實施例中之方式。例如，可設想光散射點24a、24b中僅一者的大小增加，或者，不改變光散射點24a、24b的大小，減少較小的光散射點24a的數目同時以該程度增加較大的光散射點24b的數目。
本發明不必限於在用於邊緣光型的面光源裝置之導光板的入光側上的光散射點，而是本發明可應用於入射光強烈且光散射點的對比率低的要求減小亮度不均勻性的所有應用。
(實例)
製造圖1及圖2中展示的根據本發明之實施例的導光板11作為實例1的試驗產品，並將其與比較實例1的導光板進行比較評估。實例1及比較實例1的導光板係如下文所述製備。
(實例1)
使用長度為922 mm、寬度為540 mm及厚度為4 mm的PMMA模製產品作為導光基板12。由於在導光基板12的兩個表面上存在遮蔽膜，所以將遮蔽膜從一表面剝離，並用浸漬有IPA的紙抹布擦拭暴露的表面以進行清潔。將此暴露表面定義為背表面12c，且藉由噴墨印刷在50 mm寬的範圍內用墨來印刷該背表面12c。
所用的墨係包含二氧化鈦及紫外線可固化樹脂的白墨。用於噴墨印刷的噴墨頭的條件係分辨率150 dpi、印刷寬度53.57 mm及掃描速度200 mm/秒。印刷圖案係長度方向上589個點及寬度方向上300個點，以便實現本發明之實施例中展示的漸變圖案。在此實例1中，按下述修改上述實施例的圖案。具體地，由於用於下述評估的TV單元具有光源在導光基板的一對相對側面上的結構，所以光散射點的大小從靠近該對側面(入光部分)的區域朝中央區域增加。為了使印刷圖案的試驗製備變得更容易，亦將兩種大小的光散射點以固定的中心-至-中心間距及不規則次序配置在光散射點的對比率大於50%的區域中。具體地，如圖11所示，將兩種大小的光散射點24a、24b以固定的中心-至-中心間距及不規則次序(隨機次序)配置在區域A1至A10中。在保持固定的中心-至-中心間距的同時，配置光散射點以便使光散射點24a、24b的大小從該對側面中的一側面12a側上的區域A1朝中央區域A5增加，且使光散射點24a、24b的大小從另一側面12d側上的區域A10朝中央區域A6增加。
在印刷之後，用輻射強度為120 W/cm的UV燈(金屬鹵素燈)使樹脂固化，以便獲得導光板11的實例1，其中在背表面12c上形成圖2中展示的光散射點的漸變圖案。
(比較實例1)
比較實例1的導光板係在本發明者的精心研究過程中的試驗產物。圖12係展示在比較實例1的導光板中的導光基板12的背表面12c側、亦即光散射點24的配置的平面圖。
在比較實例1中，為了解決本說明書中的問題，以不規則的中心-至-中心間距或以不規則的位置將一種大小的光散射點24配置在光散射點的對比率不大於50%的區域A1至A4、A7至A10(其為靠近該對側面(入光部分)12a、12d的區域)中。在光散射點的對比率大於50%的區域A5至A6中，以固定的中心-至-中心間距配置一類光散射點24。該等光散射點經配置以便使光散射點24的大小從該對側面中的一側面12a側上的區域A1朝中央區域A5增加，且使光散射點24的大小從另一側面12d側上的區域A10朝中央區域A6增加。導光基板12、墨、噴墨印刷的條件以及其它均與實例1中相同。
在本評估中，併入有實例1及比較實例1的每一導光板來代替使用LED作為光源的TV單元(由索尼公司製造的KDL-40EX)的導光板。開啟此等TV單元且在距TV上部邊緣之中部100mm的範圍內視覺評估亮度分佈的不均勻性。該視覺評估的評估結果展示於圖13中。圖13展示在每一導光板的表面上具有及沒有光學膜(漫射膜、稜鏡膜及增亮膜)20的評估結果。在圖13中，「○」代表不存在亮度不均勻性的評估結果，「Δ」代表藉由仔細觀察仍有輕微的亮度不均勻性但不均勻性顯著減小的評估結果，且「×」代表存在亮度不均勻性的評估結果。
根據評估結果，在實例1中亮度不均勻性的改良大於比較實例1。藉由在導光板的表面上使用光學膜，亮度的不均勻性得到幾乎完美改良。
圖14(具有光學膜的實例1)及圖15(比較實例1)展示在實例1及比較實例1的導光板的入光部分中對比率不大於50%的區域的像片，及其放大視圖。根據此結果，在比較實例1中的入光部分中出現亮度不均勻性，如圖15所示。另一方面，在實例1中，在入光部分中消除了亮度不均勻性，如圖14中所示。
如上文驗證的，在光散射點的對比率不大於50%的區域中，藉由以不規則次序配置兩種大小的光散射點或藉由減小歸因於光散射點的梯度變化，使得減小亮度不均勻性的效應變得更大。
10．．．透射影像顯示裝置
11．．．導光板
12．．．導光基板
12a．．．側面
12b．．．出射表面
12c．．．背表面
12d．．．側面
14．．．光源部分
14A．．．光源
14B．．．反射器
16．．．反射片
18．．．透射影像顯示部分
20．．．光學膜
22．．．面光源裝置
24．．．光散射點
24a．．．光散射點
24b．．．光散射點
A1-A10．．．區域
圖1係展示根據本發明之一實施例的透射影像顯示裝置的示意性組態的示意圖。
圖2係展示圖1中展示的導光板中的導光基板的背表面側、亦即光散射點的配置的平面圖。
圖3係展示呈兩種大小的光散射點之不規則次序的配置的一實例的圖式。
圖4係展示呈兩種大小的光散射點之不規則次序的配置的一實例的圖式。
圖5係展示呈兩種大小的光散射點之不規則次序的配置的一實例的圖式。
圖6係展示呈兩種大小的光散射點之不規則次序的配置的一實例的圖式。
圖7係展示呈兩種大小的光散射點之不規則次序的配置的一實例的圖式。
圖8係展示呈兩種大小的光散射點之不規則次序的配置的一實例的圖式。
圖9係展示呈兩種大小的光散射點之不規則次序的配置的一實例的圖式。
圖10係展示呈兩種大小的光散射點之不規則次序的配置的一實例的圖式。
圖11係展示一實例的導光板中的導光基板之背表面側、亦即光散射點的配置的平面圖。
圖12係展示一比較實例的導光板中的導光基板之背表面側、亦即光散射點的配置的平面圖。
圖13係展示對實例及比較實例的導光板中的亮度不均勻性的視覺評估結果的圖式。
圖14係展示實例的導光板的入光部分附近的區域的像片的圖式，以及展示其放大視圖的圖式。
圖15係展示比較實例的導光板的入光部分附近的區域的像片的圖式，以及展示其放大視圖的圖式。
12．．．導光基板
12a．．．側面
12c．．．背表面
24．．．光散射點
24a．．．光散射點
24b．．．光散射點

Claims (6)

  1. 一種導光板，其中在導光基板的至少一表面上形成光散射點，其中在由將該導光基板的該至少一表面分成複數個區域所產生的每一個別區域中形成複數個光散射點，及其中在該複數個光散射點的對比率不大於50%的每一個別區域中，該複數個光散射點包含兩個或兩個以上大小的光散射點，且該等兩個或兩個以上大小的光散射點係以固定的中心-至-中心間距配置，且該等兩個或兩個以上大小的光散射點係以隨機數判定之不規則次序配置。
  2. 如請求項1之導光板，其中在該複數個區域中的該等對比率係隨距入光部分的距離而增加。
  3. 如請求項1之導光板，其中每一個別區域係1mm至10mm的矩形區域。
  4. 如請求項1之導光板，其中該等光散射點係藉由噴墨法印刷。
  5. 一種邊緣光型的面光源裝置，其包含：如請求項1至4中任一項的導光板；及用於向該導光板的一側面供應光的光源。
  6. 一種透射影像顯示裝置，其包含：如請求項5的面光源裝置；及經配置為與該面光源裝置的出射表面相對的透射影像顯示部分。
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